211service.com
Uppvärmning Plug-in Hybrider
Potentialen hos laddhybrider och elfordon för att stävja petroleumanvändningen har fått mycket uppmärksamhet på sistone. Men det finns fortfarande ett stort hinder att rensa innan sådana bilar kan bli de dominerande fordonen på vägen: biltillverkare måste hitta ett effektivt sätt att förse dem med värme och luftkonditionering. Det beror på att konventionella värme- och kylsystem antingen inte fungerar eller är ineffektiva i sådana fordon, vilket avsevärt minskar deras räckvidd i varmt och kallt väder.
En av de ledande kandidaterna för ett alternativt system är baserat på termoelektrik, halvledarenheter som kan ge antingen värme eller kyla, beroende på i vilken riktning den elektriska strömmen flyter. Stora biltillverkare, som GM och Ford, utvecklar nu system baserade på befintliga termoelektriska halvledare, och experimentella material som använder nanoteknik lovar att göra sådana system ännu mer tilltalande.
De första laddhybriderna – bilar som kan laddas genom att koppla in dem i ett eluttag, men som har små bensinmotorer för att utöka sin räckvidd – kommer att använda elektriska värmare. När de börjar dyka upp från stora biltillverkare i slutet av 2010, kommer de att kosta tusentals mer än konventionella bilar, så biltillverkare letar efter sätt att göra dem billigare för att bredda sin dragningskraft. Ett sätt att göra det är att hitta mer effektiva system för värme och kyla, som gör det möjligt att använda mindre, billigare batterier. Som ett resultat kan termoelektriska system börja dyka upp i bilar 2012.
Värmesystemen i dagens bilar förlitar sig på det faktum att förbränningsmotorer är fruktansvärt ineffektiva - ungefär två tredjedelar av energin från att bränna bensin gör ingenting för att driva bilen. Men denna ineffektivitet genererar enorma mängder värme. En del av den värmen används för att värma passagerare. Plug-in hybrider, som till största delen eller helt går på el för lokal körning, genererar inte sådana mängder spillvärme. Så värme måste genereras med hjälp av ström från batteriet, vilket dränerar tusentals watt som annars kunde ha använts för att driva fordonen. Medan laddhybrider förbrukar dramatiskt mindre gas än konventionella bilar i milt väder, kommer fördelarna att vara mycket mindre vid kallt väder, enligt Clay Maranville, senior forskare vid Ford Motor Company .
Ett liknande problem gäller med luftkonditionering - det elektriska utbudet av laddhybrider kommer att sjunka i varmt väder, antingen för att bensinmotorn måste starta för att snurra en konventionell kompressor, eller för att en elektrisk kompressor kommer att tömma batteriet.
Termoelektriker är attraktiva för uppvärmning eftersom de är effektivare än vanliga elektriska värmare, som genererar värme genom att leda en ström genom ett material som har högt elektriskt motstånd. Dessutom gör termoelektrik det möjligt att helt omforma kyl- och värmesystemet. I de flesta av dagens fordon är värme- och kylsystemen utformade för att värma upp hela kupén. Termoelektrik är kompakta enheter som kan installeras på punkter i hela bilen – i nackstödet, sätet, vid en persons fötter och så vidare. Så istället för att värma och kyla hela kabinen kan de värma eller kyla enskilda passagerare.
Besparingarna av elektrisk energi som ett sådant system skulle kunna ge en laddhybridbil kan vara enorma. Där ett konventionellt elektriskt värme- och kylsystem kräver upp till 4 500 watt för att upprätthålla den önskade temperaturen inuti en bil, skulle ett termoelektriskt system använda 3 000 watt om bilen är full av passagerare eller mindre än 700 watt om föraren är ensam, enligt uppskattningar från energidepartementet. Framtida generationer av termoelektriska material som är beroende av nanoteknik som nu demonstreras i akademiska laboratorier kan förbättra dessa besparingar ännu mer. (Se billig, effektiv termoelektrik och förvandla spillvärme till kraft.)
Både Maranville och Jihui Yang, en stabsforskare vid GM säg att termoelektrik sannolikt kommer att införlivas gradvis när olika komponenter blir tillgängliga. Ett av de första sätten det kan hjälpa är att minska konventionell luftkonditionering för att göra den mer effektiv. Yang säger att GM:s bilar använder överdimensionerade luftkonditioneringsapparater för att uppfylla kravet att de kyler kupén på två minuter, även under mycket varma dagar. Välplacerad termoelektrik skulle kunna få passagerarna att känna sig svalare omedelbart genom att kyla ner halsen eller ansiktet medan en liten, konventionell luftkonditionering gradvis sänker temperaturen överallt annars.
I allmänhet har biltillverkare oroat sig för att de flesta konsumenter inte kommer att vara villiga att stå ut med olägenheter för att köra mer effektiva bilar. Termoelektrisk uppvärmning och kylning kan hjälpa. Vår stora utmaning inom forskning är att göra tekniken transparent för kunden, så att när de sätter sig i ett fordon spelar det ingen roll om de är i ett konventionellt fordon eller i ett fordon med avancerad teknik, säger Maranville.